[发明专利]光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有利用光的透射和反射的镜面功能的新型 光学系统。

背景技术

平面镜中映出像时，观察者的眼睛看到镜表面的反射光的 光线如同来自向镜中延长的方向，因此平面镜中映出的像(镜面映像) 是在镜内成像的虚像(例如，参照非专利文献1)。 非专利文献1：关于″Virtual image(虚像)″项的网上检索、 WIKIPEDIA(英语版)、[平成18年10月23日检索]、互联网网址 <URL：httpl//en.wikipedia.org/wiki/Virtua1_image>

平面镜中映出的镜面映像在相对于镜面与物体(被投影物) 成面对称关系的镜的内部成像，因此，不可能实现观察者通过将手伸 向像等动作而接近像。

发明内容

本发明提供一种新型光学系统，该系统使得三维物体的镜 面映像在由实际上不存在的空中假想存在的镜中映出的位置成像。

也就是，本发明是一种光学系统，其特征在于：具备具有使 光线边偏折边透射而向面对称位置形成实像的作用的光线偏折面和 朝向该光线偏折面配置的镜面，从该被投影物发出的光透射所述光线 偏折面并在所述镜面上反射后再透射所述光线偏折面，从而使配置在 夹着所述光线偏折面与所述镜面相反的一侧即观察侧的被投影物在 移动到所述镜面的相对于所述光线偏折面的面对称位置的、实体不存 在的假想镜中映出的位置上成像。

也就是，图1的原理图(a)表示将镜面2相对于光线偏折面1 倾斜配置的方式、(b)表示将镜面2相对于光线偏折面1平行配置的方 式，首先，被投影物O(图中用点表示)反射的光线(从被投影物发出的 光线)透射光线偏折面1时在与入射光成面对称的路径上行进，因此， 理应在夹着光线偏折面1而与被投影物成面对称的位置上成像(I1)，但 是，由于镜面2的存在，实际上在与该像I1相对于镜面2成面对称的位 置上成像(I2)。该位置上的像I2发出的光线再次透射光线偏折面后通 过相对于光线偏折面1成面对称的路径，所以在相对于光线偏折面1的 被投影物O的同一侧成像(I3)。该像I3与镜面2在相对于光线偏折面1 的面对称位置上映出的假想镜3中映出被投影物O时的像处于相同的 位置关系。也就是，通过将光线偏折面1配置在镜面2的观察侧，能够 将镜面2假想地移动到相对于光线偏折面1的面对称位置，其结果，观 察者能够观察到如浮于空中的、物理实体不存在的假想镜3中映出的 被投影物O的像I3。

举一例这样的光学系统进行说明，作为具备所述光线偏折 面的光学元件，该系统具备平面地形成有多个具备相互正交的2个镜 面要素的单位光学元件的反射型面对称成像元件(参考文献：特愿 2006-080009申请说明书)。这时，反射型面对称成像元件使从所述多 个单位光学元件的光线偏折面的一侧向另一侧通过的光在各单位光 学元件中由2个镜面要素各自反射，从而使其在所述光线偏折面的另 一侧成像，将通过所述2个镜面要素且与这2个镜面要素垂直或成为接 近垂直的角度的面设为所述光线偏折面。

这样的反射型面对称成像元件使位于元件一侧的被投影 物的像在元件另一侧的成为面对称的位置上成像。因此，被投影物发 出的光(直接光)通过反射型面对称成像元件的单位光学元件时由2个 镜面要素各自反射1次后由镜面反射而成为反射光，在再次通过单位 光学元件时又在2个镜面要素各自反射1次，结果将被投影物在假想镜 中映出的位置上成像。而且，2个镜面要素与光线偏折面大致垂直地 配置，如图1(a)所示，镜面2配置成与光线偏折面1成锐角。这里，镜 面的配置位置设在透射反射型面对称成像元件而成像的被投影物的 实像的位置和反射型面对称成像元件之间，镜面的配置角度设定成直 接光和反射光均可在2个镜面要素上各自反射1次的适当角度上。另 外，如上所述，为了使直接光和反射光在2个镜面要素上反射，像的 观察以相对于反射型面对称成像元件倾斜的角度(相对于光线偏折面 成锐角，特别是最好相对于光线偏折面的法线成30～40°)进行。再有， 「垂直或接近垂直的角度」或者「大致垂直」在本发明中意指「正好垂直 到与垂直偏离几分的误差范围内的角度」。